1

Fakultet elektrotehnike i ra�unarstva

Zavod za elektroni�ke sustave i obradbu informacija

Seminar iz predmeta

Sustavi za pra�enje i vo�enje procesa

Wearable Computing

Student: Vedran Brzi� JMBAG: 0036381684 E-mail: vedranbrzic@yahoo.com

Zagreb, svibanj 2004.

2

SADRŽAJ:

1. Što je to wearable computing?............................................................................3 1.1. Uvod ....................................................................................................................3 1.2. Definicija..............................................................................................................3 1.3. Povijesni razvoj wearable ra�unarstva ............................................................5

2. Tehnologija ..............................................................................................................6 2.1. Izlazne jedinice ...................................................................................................6 2.2. Ulazne jedinice ...................................................................................................7 2.3. Centralna jedinica i operacijski sustav ........................................................8 2.4. Napajanje ............................................................................................................9

3. Primjene ...................................................................................................................9 3.1. Wearable tehnologija u medicini ......................................................................9 3.2. Umjetna pužnica ................................................................................................10

4. Sadašnjost i budu�nost.......................................................................................11 5. Literatura ................................................................................................................13

3

1. Što je to wearable computing?

1.1. Uvod

Prou�avaju�i ovu temu, odn. ono što "internet ima re�i" o njoj, iznenadio sam

se kad sam shvatio do kojih granica ide taj pojam. Kad sam se prvi put susreo s

izrazom wearable computing, shvatio sam to kao neku vrstu smart odje�e, me�utim

kada pogledamo detaljnije takva definicija je nedovoljna. Wearable computing je

teško prevesti, izraz odjevno ra�unarstvo zvu�i pomalo nezgrapno i možda bi bilo

bolje koristiti originalan izraz na engleskom jeziku, jer se na taj na�in zadržava i

njegov smisao. (wearable, adj. koji se može nositi, obla�iti)

1.2. Definicija:

Nekakva okvirna definicija wearable ra�unala jest, da je to ra�unalo koje je uvijek sa

vama, jednostavno, lako i ugodno za nositi, odnosno koristiti, te da je nenametljivo

poput odje�e. Detaljnija definicija bi bila da wearable ra�unala imaju ve�inu od

slijede�ih karakteristika:

• Osnovna zna�ajka wearable ra�unala jest da ga se može koristiti dok hodamo

ili se na bilo koji na�in kre�emo. Ovo ga svojstvo razlikuje od stolnih i

prijenosnih ra�unala.

• Hands-free korištenje wearable ra�unala je tako�er jedna od zna�ajki. Hands-

free korištenje ure�aja uvelike olakšava njegovu upotrebu. Postavlja se pitanje

na koji na�in realizirati jedan takav sustav. Name�e se upravljanje glasom kao

mogu�e rješenje ili se korištenjem joysticka, ži�ane (chording) tipkovnice ili

virtualne tipkovnice može korištenje ruku svesti na minimum.

• Osim što ima korisni�ke ulaze, ovakav ure�aj bi trebao imati i senzore za

okolinu. Oni mogu uklju�ivati beži�nu komunikaciju, GPS, kamere ili

mikrofone. Beži�na komunikacija izme�u senzora i centralnog dijela ure�aja je

potrebna radi reduciranja žica odnosno radi lakšeg i ugodnijeg korištenja.

GPS, odnosno kamere i mikrofoni su nam korisni ovisno o primjeni ure�aja.

4

• Wearable ra�unalo bi trebalo mo�i dostaviti informaciju korisniku bez obzira na

to da li se ure�aj trenutno koristi ili ne. Primjerice, ako želimo provjeriti e-mail,

stolno ra�unalo bi prvo trebalo upaliti, "spojiti se na internet", pa pokrenuti

program, da bi dobili informaciju koja nas zanima. Sa wearable ra�unalom je

situacija druga�ija, ukoliko dobijemo novi e-mail on �e nas na to odmah

upozoriti, iako ga možda u tom trenutku i ne koristimo. Zato je važna i

slijede�a karakteristika.

• Wearable ra�unalo mora uvijek biti uklju�eno, te senzorirati i raditi ono za što

je predvi�eno (za razliku od ure�aja poput hand-held ra�unala koji se, kada se

ne koriste, obi�no nalaze ugašeni u džepu korisnika).

• Wearable ra�unalo bi trebalo djelovati kao neka vrsta posrednika izme�u

korisnika i okoline i to u smislu zaštitnog omota�a, �ime dovodimo stupanj

privatnosti na višu razinu. Filtriranjem ulaznih podataka možemo se zaštititi od

nepotrebnih, nepoželjnih ili uvredljivih informacija. Iako i ure�aji poput stolnih

ra�unala mogu pomo�i u zaštiti naše privatnosti, slaba to�ka ovakvih sustava

je prostor izme�u korisnika i ure�aja. Op�enito je mnogo lakše ugroziti vezu

izme�u korisnika i ra�unala nego izme�u dva ra�unala. I tu je prednost

wearable ra�unala, zbog bolje povezanosti s korisnikom. Korisnik je zašti�eniji

od direktnog ugrožavanja privatnosti (primjerice, video kamera iznad

tipkovnice, ili mogu�nost da nas netko promatra dok tipkamo).

Iz svih navedenih svojstava možemo zaklju�iti slijede�e.

Wearable computing daje novi oblik u interakciji izme�u �ovjeka i stroja odn.

ra�unala. Sada govorimo o ure�aju, koji je malen, u formi odje�e, programabilan od

strane korisnika, ali i što je posebno važno uvijek je uklju�en i uvijek je spreman za

upotrebu.Tradicionalno ra�unarstvo je bazirano na ideji da je ra�unarstvo primarna

zada�a. S druge strane, wearable ra�unarstvo je bazirano upravo na ideji da

ra�unarstvo nije primarna zada�a. Pretpostavka wearable ra�unarstva jest da �e

korisnik raditi nešto drugo u isto vrijeme dok koristi ra�unalo (svjesno ili nesvjesno).

Iz ovog proizlazi da bi nam wearable ra�unalo trebalo služiti za pove�avanje

intelektualnih sposobnosti, poja�avanje ili poboljšavanje osjeta.

5

1.3. Povijesni razvoj wearable ra�unarstva:

Ako bi nam wearable ra�unalo trebalo služiti za poja�avanje ili poboljšavanje

osjeta, onda možemo re�i da prve korijene wearable ra�unarstva pronalazimo još u

srednjem vijeku, kada se prvi put spominje korištenje le�a (nao�ale). Navedimo još

neke godine i doga�aje koji su utjecali na razvoj wearable ra�unarstva:

1762. John Harrison je izumio džepni sat.

1907. Pilot Alberto Santos-Dumont je izumio ru�ni sat.

1960. Manfred Clynes smišlja rije� Cyborg.

1968. Douglas Engelbart demonstrira ži�anu tipkovnicu za jednu ruku.

1977. C.C. Collins je nakon 10 godišnjeg istraživanja izumio vizualno-

taktilno pomagalo za slijepe. Ure�aj je pretvarao sliku sa kamere u 1024

taktilne to�ke na površini od 10".

1979. Sony predstavlja prvi Walkman.

1987. Prikazan je film Terminator. Zanimljive su scene iz perspektive

Terminatora (cyborga), sa tekstom i informacijama koji se ispisuju preko

slike okoline.

1989. Predstavljen je ure�aj Private Eye, zaslon veli�ine 1.25" koji se

stavlja na glavu i kreira virtualnu sliku dimenzije 15" , na udaljenosti od 18"

(slika 1.).

1990. Gerald Maguire and John Ioannidis predstavljaju Student Electronic

Notebook, prijenosno ra�unalo sa Private Eye zaslonom i virtualnom

tipkovnicom.

1993. BBN dovršava Pathfinder system, wearable ra�unalo s ugra�enim

GPS sustavom i sustavom za detekciju radijacijskog zra�enja.

1994. Steve Mann je izumio Wearable Wireless Webcam (prijenosnu

beži�nu web-kameru, slika 2.).

1996. DARPA sponzorira "Wearables in 2005" radionicu.

1997. CMU, MIT i Georgia Tech su doma�ini prvog IEEE International

Symposium on Wearables Computers (IEEE me�unarodni simpozij o

wearable ra�unalima).

6

Slika 1. Private Eye Slika 2. Steve Mann

2. Tehnologija:

2.1. Izlazne jedinice:

Kao što su monitori najbolje i naj�eš�e izlazne jedinice kod obi�nih ra�unala,

tako su i zasloni najprihvatljivije rješenje kod wearable ra�unala. Postoje dvije vrste

zaslona: neprozirni i prozirni.

Neprozirni zasloni su minijaturna verzija LCD zaslona, obi�no korištenih u

PDA ure�ajima. Dijagonala im je 1", mogu proizvesti sliku rezolucije 800 x 600

piksela sa 16 milijuna boja. Obi�no se implementiraju kao na slici 3.

Prozirni zasloni obavljaju istu funkciju kao i neprozirni, ali su dizajnirani na

na�in da korisnik može kroz prikazanu sliku vidjeti okolinu. Na slici 4. je prikazan

proizvod firme MicroOptical Corporation koji koristi obi�ne nao�ale sa posebnom

reflektiraju�om prizmom koja je integrirana u le�i. O okviru na�ala je LCD projektor

koji generira zrake svjetla koje se reflektiraju od prizme u oko korisnika i stvaraju

privid slike udaljene jedan do dva metra od korisnika.

7

Slika 3. MicroOptical Slika 4. Prozirni zaslon* SV-6 PC-viewer *Prozirni zaslon realiziran pomo�u prizme ugra�ene u le�u nao�ala. Rezolucija dobivene slike je 320x240 piksela sa 65536 boja i frekvencijom osvježavanja od 60 Hz.

2.2. Ulazne jedinice:

Kao ulazna jedinica u wearable ra�unalima se koristi tipkovnica, ali naravno ne

u obliku kao kod stolnih ra�unala. Na slici 5. je prikazana ru�na vodootporna

QWERTY tipkovnica (WristPC Keyboard iz L3 Systems), kao jedno jednostavno iako

ne baš diskretno rješenje.

Druga�iji na�in implementacije bi bila ži�ana tipkovnica. Može biti oblikovana

na na�in da bude veli�ine dlana. Kombinacijama simultanog pritiskanja više tipki

odjednom, dobivamo razli�ite znakove. Na slici 6. je prikazan Twiddler2 proizvod

firme HandyKey Corporation.

Najnoviji ure�aji kao što je Lightglove (svjetlosna rukavica) na slici 7. uop�e

ne koriste stvarne tipke. Lightglove koristi 5 LED i opti�ke senzore za detektiranje

pomicanja prstiju po virtualnoj tipkovnici. Kad prst "pritisne" tipku, promjena u

refleksiji zrake svjetla �e biti detektirana. Radi prakti�nosti, virtualna tipkovnica i

lokacija ruke mogu biti prikazani na zaslonu ra�unala.

U slu�aju da korisnik nije u mogu�nosti koristiti ruke za upravljanje ra�unalom,

postoji alternativa tipkovnici u vidu glasovnog upravljanja. Me�utim tehnologija danas

još nije toliko uznapredovala da s ra�unalom možemo pri�ati, ve� se upravljanje

glasom svodi na korištenje odvojenih komandnih rije�i.

8

Slika 5. WristPC Keyboard iz L3 Systems Slika 6. Twiddler 2

Slika 7. The Lightglove

2.3. Centralna jedinica i operacijski sustav:

PC/104 arhitektura je dizajnirana za ugra�ene mikrora�unalne sustave

(embedded microcomputer) i u osnovi sažima regularnu PC arhitekturu u ultra male

pakete. Budu�i da je arhitektura x86-kompatibilna, mogu se koristiti standardni

operacijski sustavi poput Linuxa ili Windowsa NT.

9

2.4 Napajanje:

Napajanje jest i biti �e jedan od glavnih problema u wearable ra�unarstvu.

Prije u tekstu smo rekli da bi wearable ra�unala trebala stalno biti uklju�ena, što

zna�i da stalno troše energiju. Najjednostavnije rješenje su naravno baterije. Problem

s baterijama je taj što za dulje vrijeme rada trebamo ve�e i teže baterije, a to nam

bitno pove�ava masu samog ure�aja. Postoje alternativna rješenja za napajanje

wearable ure�aja. Primjerice cipele koje koriste normalne pokrete, rastezanje i

savijanje (piezoelektri�ni pretvornici) za stvaranje elektri�ne energije. Tako�er

mogu�e je iskoristiti sun�evu energiju ili tjelesnu toplinu samog korisnika. Prema

nekim istraživanjima (NASA), ljudsko tijelo (s prosje�no 15% masti) je sposobno

proizvoditi 11 000 watt sati. Ali zbog male iskoristivosti od svega 3%, takvim izvorima

energije još uvijek ne možemo napajati wearable ra�unala.

3. Primjene

3.1.Wearable tehnologija u medicini:

Ljudsko zdravlje je, uz vojnu, sigurno najisplativija industrija. Budu�i da se u

zdravstvo ulažu ogromne koli�ine novca, za o�ekivati je da wearable tehnologija

na�e svoju ulogu i u tom podru�ju ljudske djelatnosti. Mogu�u ulogu wearable

tehnologije u medicini su prepoznali i stru�njaci poput Philipa F. Binkleya sa

sveu�ilišta Ohio te Waltera Frontere, Davida Stanaerta i Joela Steina s Harvarda (po

struci su svi lije�nici, a ne inžinjeri). Oni se svi slažu u �injenici da je uporaba

odjevnih ure�aja koji omogu�avaju kontinuirano i neprekidno pra�enje fizioloških

signala od kriti�ne važnosti za unaprije�enje dijagnoze i lije�enja kadiovaskularnih i

moždanih bolesti te u rehabilitaciji pacijenata.

Što sve o�ekujemo od wearable tehnologije u medicini:

• Važno je da ure�aji mogu snimati i zadržavati više fizioloških signala kroz dugi

period vremena, što je bitno za bolje razumijevanje patofiziologije (razvoj i

posljedice) bolesti te otkrivanje novih fizioloških znakova koji mogu upozoriti

lije�nika na potrebu intervencije.

• Neinvazivno detektiranje je poželjno (radi infekcija i neželjenih ošte�enja tkiva i

organa).

10

• Telemetrijski prijenos signala je tako�er jedan od zahtjeva na wearable

ure�aje. Naime, želimo da lije�nik može pregledavati signale koje daje naš

ure�aj s nekog udaljenog mjesta (samim time pacijent može biti u svom domu,

obavljati uobi�ajene poslove, a lije�nik iz svog ureda može pratiti ili

provjeravati njegovo stanje).

• Naposlijetku, sposobnost da takvi ure�aji sami upravljaju terapijom bi uvelike

pove�ala efikasnost lije�enja bolesti. To zna�i registriranje znakova koje daju

fiziološki signali te reagiranje na te signale, primjerice pove�anje ili smanjenje

doze lijeka i sl.

3.2. Umjetna pužnica

Tehnologija nam omogu�ava nevjerovatne stvari, poput vra�anja sluha

gluhima i možda u budu�nosti vra�anja vida slijepima. Umjetna pužnica je ure�aj koji

omogu�uje ljudima s receptornim ošte�enjima sluha (ošte�enja u unutarnjem uhu) da

�uju.

Slika 8. Umjetna pužnica

11

Objasnimo u koracima rad umjetne pužnice kako je prikazan na slici 8:

1. Usmjereni mikrofon hvata zvuk i pretvara ga u elektri�ni signal zvuka¸

2. Signal zvuka šalje se procesoru govora

3. Procesor govora analizira signal i kodira ga u specifi�ne elektri�ne impulse

4. Kodirani impulsi se šalju u predajnik sa magnetom

5. Predajnik indukcijom prenosi kodirane impulse kroz kožu do implanta umjetne pužnice

6. Implant pretvara primljene impulse u elektri�ni signal

7. Signal se šalje u elektrodu (u pužnici) koja pobu�uje neošte�ena živ�ana

vlakna

8. Mozak prepoznaje te signale kao osjet zvuka

Znanstvenici tako�er intenzivno rade i na ure�aju koji bi slijepim ljudima omogu�io

vid. Radi se o silicijskom �ipu u obliku le�e bi se ugra�ivao u oko, a prvi koraci su ve�

napravljeni. Ovdje bi trebalo napomenuti da ugra�ivanjem �ipa u tijelo, �ovjek, prema

definiciji, postaje "cyborg".

4. Sadašnjost i budu�nost:

Kada su se mobiteli pojavili na tržištu, iako su kod pojedinaca do�ekani s

oduševljenjem, kod ostatka društva (zbog cijene i/ili primitivnosti društva) su postali

simbolom snobova i njihovi korisnici su bili ismijavani. Me�utim, s vremenom pale su i

cijene, a time i predrasude prema mobitelima i oni su postali sastavni dio života

suvremenog �ovjeka. Vjerovatno danas malo tko može zamisliti život bez mobitela.

Kroz isto takvo prijelazno razdoblje sada prolaze i PDA ure�aji.

Kod wearable ra�unala situacija je malo druga�ija. Budu�i da su neki njegovi

dijelovi uvijek vidljivi (zaslon postavljen na glavu, tipkovnica), korisnici se ne bi baš

uklopili u okolinu i prolaznici bi ih vjerovatno gledali s �u�enjem. Zbog toga, wearable

ure�aji ne�e osvojiti zna�ajniji dio tržišta dok ne postanu diskretni i "nenametljivi".

Traže�i po internetu tvrtke koje proizvode wearable ra�unala dolazi se u

slijepu ulicu. Naime, komercijalno wearable ra�unalo trenutno ne postoji. Na tržištu

postoje komponente od kojih bi se možda i moglo složiti nekakvo wearable ra�unalo,

12

ali budu�i da ra�unalna industrija još uvijek nije prihvatila jedinstveni standard, time

se trenutno bave tek istraživa�ke grupe pri sveu�ilištima (MIT i CMU) ili pojedinci

kojima je to hobi, kao što je prof. Steve Mann pri sveu�ilištu u Torontu (slika 2.).

Zbog toga je ve�ina komponenti i ure�aja na razini prototipova.

Fotografsko pam�enje, poboljšanje kvalitete življenja, primjene u medicini,

nesputana komunikacija (bez potrebe za elektri�nom uti�nicom ili telefonskom

linijom) samo su neke od mogu�nosti koje nam nudi wearable tehnologija. Možda to

u ovom trenutku djeluje kao znanstvena fantastika, ali za o�ekivati je s obzirom na

svakodnevni napredak tehnologije da ne�e pro�i puno vremena dok wearable

ra�unala postanu znanstvena realnost. Tako �e prosje�ni hrvatski student u

dogledno vrijeme mo�i sjediti u parku na klupi, i istodobno gledati/slušati online

predavanje ili igrati Unreal s kolegom na drugoj klupi.

13

5. Literatura [1] Information about PC/104 technology, http://www.pc104.org

[2] Handykey corporation, Specifications of Twiddler2, http://www.handykey.com

[3] L3 systems, WristPC keyboard, http:// www.L3sys.com

[4] Tiquit, Computing for mobile professionals, http://www.tiqit.com

[5] Research on wearable technology, http://www.tml.hut.fi

[6] SV-6 PC viewer, http://www.microopticalcorp.com

[7] Umjenta pužnica, http://www.zea.fer.hr/psihoakustika